Turbulencia Pronostico y Diagnostico
Mike Davison
Función de la Turbulencia
• ¿Cual es la función de la turbulencia en la atmosfera? – ¿Incomodar a la tripulación?
– ¿Asustar los pasajeros?
– ¿Costarle dinero a la aerolínea?
Función de la Turbulencia
• Impacto físico a la atmosfera y la corriente en chorro. – La turbulencia es el equivalente del freno de un
vehículo – Es la manera del jet de disipar energía y evitar
que se acelere descontroladamente.
Factores que Contribuyen a la Turbulencia
Factores que Contribuyen a la Turbulencia
• Regiones de abrupto, e irregulares, ascenso/ descenso de parcelas de aire.
Factores que Contribuyen a la Turbulencia
• Ángulo de las alas con relación al fuselaje.
– Configuración “Delta” menos susceptible.
Factores que Contribuyen a la Turbulencia
• Que la aeronave esta ascendiendo, o descendiendo, por un área de turbulencia.
Factores que Contribuyen a la Turbulencia
• Directamente proporcional a la velocidad de la aeronave
• Mientras mas rápido un avión ingrese un área de turbulencia, con mayor intensidad se va a sentir la turbulencia.
• Inversamente proporcional al peso de la aeronave • Mientras mas pesada sea la aeronave, menor va a ser la
turbulencia sentida.
• Directamente proporcional al largo de las alas. • Mientras mas largas sean las alas, mayor va a ser el impacto
que la turbulencia va a tener en la aeronave.
Factores que Contribuyen a la Turbulencia • Airbus 380, su peso lo protege de la
turbulencia, pero el largo de las alas lo puede hacer susceptible.
Turbulencia
• Factores que causan turbulencia no son constantes sino que varían o “pulsan”. – Una aeronave puede reportar turbulencia,
mientras que otra bajo similares circunstancias no la reporta.
• Turbulencia no es simplemente una incomodidad para los pasajeros, puede causar daños estructurales a una aeronave en vuelo. – B-52 en los 60’s, con bombas nucleares,
en Maryland. – Heridas y muertes han sido reportado
cuando aviones violentamente sacudidos en turbulencia extrema.
Cola de Buzz One Four, 1964
Impacto de Turbulencia
Categorías de Aeronaves
Pronósticos para aeronaves categoría II
AFWA TN 98-002, Feb 2012
Verificación de Pronósticos • Buenos pronósticos son difíciles de verificar.
• Los pilotos tomaran acciones para mitigar los efectos – Evitando el área – Ingresando el área de pronostico a menor velocidad
Factores que Acentúan la Probabilidad de Turbulencia
• Jet/Corriente en Chorro en Altura • Gradiente de Temperatura
– Horizontal – Vertical
• Cortante – Horizontal – Vertical
• Ondas de Gravedad • Terreno Montañoso
Tipos de Turbulencia
• Termal: Se asocia al calentamiento desigual de la superficie de la Tierra – Generalmente observado tarde en la mañana y durante la
tarde. – Atmósfera baja. – Mayor impacto en despegue/aterrizaje. – Si hay Cu, hay corrientes convectivas y turbulencia – Mas intensa sobre terreno obscuro
• Mecánica: Se asocia a cortantes/cizalla del viento
“wind shear” vertical/horizontal debido a gradientes de presión, variaciones en el terreno y frentes. – El resultado es una cortante/cizalla vertical y horizontal.
Tipos de Turbulencia
Tipos de Turbulencia: Termal
Calentamiento desigual del terreno genera regiones de ascenso de aire. Dependiendo del tipo de terreno, color y vegetación, los ascensos pueden ser abruptos.
Tipos de Turbulencia: Mecánica
Viento perpendicular a terreno montañoso resulta en regiones de ascenso/descenso mecánico, y por conservación de vorticidad potencial, la generación de ondas del lado de sotavento..
Turbulencia de Estelas/”Wake” • Mecánicamente inducida, se genera/propaga a un
intervalo dado, y es basada en el peso/tipo de aeronave. – Controladores aéreos toman esto en consideración
cuando determinan distancia a seguir entre aeronaves.
Turbulencia Convectiva • Causada por:
– Corrientes verticales dentro y cerca de nubes convectivas
– Torre cúmulos que generan ondas de gravedad – Termales secos (aire ascendente no saturado) – Rachas descendentes
Turbulencia de Aire Claro (CAT) • Turbulencia no asociada a actividad
convectiva observada. – Observada en aire claro y/o en nubes no
convectivas • Incluye turbulencia de niveles superiores
que se asocian al Jet y a frentes en altura. – Áreas de ciclogénesis cerca del jet y al sur de la
región de formación. • Moderada cuando la baja se profundiza a <1mb/hr • Severa cuando la baja se profundiza a >1mb/hr
• Tres condiciones que típicamente se asocian a condiciones de turbulencia de aire claro: – Cortante en la vertical – Deformación Horizontal – Convergencia Horizontal
• Índices de Turbulencia toman en consideración estos parámetros para sus proyecciones de turbulencia.
Turbulencia de Aire Claro (CAT)
Turbulencia con el Jet • En la tropopausa sobre el jet. • En el frente bajo el jet • Regiones de baja presión delante del jet.
Áreas de Turbulencia • Áreas de advección termal • Ciclogénesis • Cortante de Viento Vertical/Horizontal • Dorsales/Vaguadas Inclinadas • Corrientes en Chorro “Jets” Confluentes • Dorsales/Vaguadas Angostas • Bajas Cerradas • Cerca de Montañas • Divergencia en Altura
Categorías
Categorías • Ligera
– Aeronave experimenta ligeros cambios en altitud y/o actitud – Inducida por variaciones en velocidad de 05-14 nudos con movimientos
verticales de 5 a 19 pps • Modera
– Aeronave experimenta moderados cambios en altitud y/o actitud – Piloto esta en control de la aeronave – Inducida por variaciones en velocidad de 15-24 nudos con movimientos
verticales de 20 a 35 pps • Severa
– Aeronave experimenta abruptos cambios en altitud y/o actitud – Piloto puede, brevemente, perder control – Inducida por variaciones en velocidad > 25 nudos con movimientos
verticales de 36 a 49 pps • Extrema
– Aeronave sacudida violentamente – Prácticamente imposible de controlar – Inducida por variaciones en velocidad > 25 nudos con movimientos
verticales > 50 pps
Impacto
• Aeronaves que encuentran turbulencia severa o extrema en vuelo: – Quedan fuera de servicio hasta que sean
inspeccionadas por daños estructurales
– Costándole tiempo y dinero a la empresa
Categorías
• Ligera – Cerca de montañas (Vientos Leves) – Dentro o cerca de nubes cumuliforme – Cerca de la Tropopausa – En capas bajas en terreno rugoso donde los
vientos son mayores de 15Kt
Categorías • Moderada
• En ondas de montaña a 500 Km en el lado de sotavento cuando los vientos inciden perpendicularmente a las montañas y su intensidad es mayor a 50Kts.
• En ondas de montaña a 250 Km en el lado de sotavento cuando los vientos inciden perpendicularmente a las montañas con vientos de fuerza 25-50Kts.
• En CBs. • A unos 200 Km. del Jet en el lado frió/polar. • En niveles bajos en terreno rugoso cuando los vientos
exceden 25Kt. • En terreno plano con ráfagas > 50Kt. • Áreas de Ciclogénesis cuando la baja se profundiza a
<1mb/hr
Categorías • Severa
• En ondas de montaña, a 250 Km. en el lado de sotavento cuando los vientos inciden perpendicularmente a las montañas y superiores a 50Kts.
• En ondas de montaña a 100 Km. en el lado de sotavento cuando los vientos son perpendiculares a las montañas y varían entre 25-50Kts.
• Dentro o cerca de Cb’s en etapa madura. • A unos 100-200Km del Jet en el lado frío/polar. • Área de ciclogénesis cuando la baja se profundiza a >1mb/hr
Categorías
• Extrema – En onda de montaña cerca de la nube rotor – En tormenta severas especialmente cerca/
dentro de una línea de inestabilidad.
Ejemplos y Herramientas
Dorsal y Vaguada
Vaguada (Hemisferio Sur)
Baja Cerrada
Jets Confluentes
• Cuando dos Jets confluyen a una distancia menor de 5 grados el jet mas frío se desplaza por debajo del mas cálido creando fuerte cizalla vertical.
CAT
75%
50%
50% 50% 50%
25-50%
25-50%
Turbulencia en Jets Confluentes: Adaptado de United
Mayor riesgo de turbulencia si los Jets están a menos de 500Km o a 5 grados de latitud.
Jets Confluentes
STJ X
Jets Confluentes (Inicio)
NPJX
Jets Separados
NPJX
Jets Confluentes
Jets Confluyendo
STJ X
NPJX
Jets Confluentes: NPJ bajo STJ
Jets Cercanos
STJ X
Advección Fría en Altura • Mayoría de los eventos CAT se asocian a
este tipo de advección. – Generalmente núcleo frío en la base de la
vaguada
CAT
Advección Fría/Cálida
Advección Fría/Cálida
Imágenes de Satélite
• Bandas transversas – Se asocian con el jet Subtropical en latitudes
bajas. • Oscurecimiento de imagen de vapor de agua
– Advección fría/seca y convergencia en niveles medios/superiores de la atmósfera.
• Moderada o mas si persiste por mas de tres horas.
• Onda de montaña.
Herramienta para Evaluar CAT NOAA/NESDIS
L
CAT
Flujo en 500 hPa
Jet en 250 hPa
Turbulencia con el Jet • En la tropopausa sobre el jet. • En el frente bajo el jet • Regiones de baja presión delante del jet.
Secamiento y Bandas Transversas: WV
Bandas Transversas
Bandas Transversales y Paso Foehn
Turbulencia de Montaña
Turbulencia de Montaña
• Indicadores – Rápidas caídas de presión en el lado de
sotavento. – Nube de Rotor y/o Lenticular.
• No siempre presente – Fuertes ráfagas/rachas en el lado de sotavento
perpendiculares a la cordillera. • Viento Zonda probable
– Arena/tierra son levantados hasta 500 hPa.
Turbulencia de Montaña Niveles de Vuelo
Nivel de Turbulencia
1.5 X Altura de la Montaña
Si montaña mide 4Km, nivel de turbulencia entre 4-10Km MSL
Turbulencia de Montaña
Base FL150
Tope: FL390
Base de la Turbulencia= Cima de la montaña Tope de la Turbulencia= Cima + 1.5 X Cima
Turbulencia de Montaña
Turbulencia de Montaña: STJ
Flujo Perturbado
Turbulencia de Montaña
Turbulencia de Montaña
Turbulencia de Montaña: 500 hPa
Flujo Perturbado
Turbulencia de Montaña: 500 hPa-Terreno
Turbulencia de Montaña: Zoom
Perturbación Inducida en 500 hPa PMSL y Vientos en 850 hPa
∆P=19
V=70/90Kt
Turbulencia de Montaña V=70/90Kt
∆P=19
Cuña Termal en 850 hPa
dT de 9-11C
∆T=10C
Turbulencia de Montaña
Viento Zonda
Viento Zonda/Foehn
• Viento húmedo asciende del lado de barlovento. – Se expande y enfría lentamente siguiendo la pseudo
adiabática húmeda • Aire seco desciende del lado de sotavento
– Desciende y se comprime (calienta) rápidamente siguiendo la adiabática seca
• Resultado: Viento fuerte, calido y seco que desciende por las vertientes de las montañas.
Viento Zonda/Foehn • Comienza con viento fuerte en altura
perpendicular a la cordillera – Esto induce vaguada de sotavento, la cual tiende a
intensificar los vientos • Nubes/precipitación del lado de barlovento
terminan súbitamente en una pared foehn. • Condiciones asociadas a turbulencia de montaña
pueden inducir este evento. – Mas común con pasaje de frentes
• Incremento de temperatura puede llegar a 28C en la base de la montaña.
Viento Zonda/Foehn • Estadísticamente mas común en los meses de
Mayo a Noviembre – En verano, flujo superior no es tan fuerte – También, calentamiento sobre Argentina favorece
corrientes ascendentes que minimizan el impacto/ efecto de flujo descendente
• Típicamente tiene una incidencia entre las 12-18 hrs – Puede durar entre 1 a 12 hrs.
• Vientos descendentes pueden exceder los 40 Km/h • Mas común sobre las provincias de La Rioja, San
Juan y norte de Mendoza
Animación Jets en 250 hPa 10-13 Jul 2006
Jet/11 Jul, 2006/12Z
Animación Superficie 10-13 Jul 2006
SPF i305 – Presión y Viento 11 Jul 2006/00Z
SPF i305 – Presión y Viento 11 Jul 2006/12Z
Animación Vientos en 850 hPa 10-13 Jul 2006
Vientos en 850 hPa 11 Jul 2006/12Z
Animación Vientos en Capa Limite 10-13 Jul 2006
Vientos en Capa Limite 11 Jul 2006/12Z
Low Level Wind Shear (LLWS) “Cizalladura en Niveles Bajos”
¿Qué es LLWS?
• “Cambio en la horizontal de velocidad y/o dirección del viento, y/o velocidad vertical en la distancia (durante el ascenso), medido en dirección vertical y/o horizontal
• Puede ser cizalladura por velocidad, cizalladura por dirección, o una combinación de ambos
• Se presenta por debajo de los 2000 ft AGL
¿Qué impacto tiene?
• Viento de frente en niveles bajos, cambiando súbitamente a viento de cola en superficie – Avión pierde velocidad rápidamente. Se queda
corto de la pista en aterrizaje. • Viento de cola en niveles bajo, viento de
frente en superficie. – Avión gana velocidad rápidamente. Se puede
pasar de la pista
¿Qué impacto tiene?
• Viento de frente, o de cola, en niveles bajos, con viento cruzado en superficie – El avión es forzado a los costados de la pista
• Mientras menor el avión mayor su impacto.
Tipos de LLWS • Convectiva
– De corta duración • Un avión puede aterrizar sin problemas, y el que le
sigue puede quedar en peligro – Mas difícil de pronosticar – Microburst/Macroburst y Líneas de
Inestabilidad • Frente de racha (Fracto Cu)
– Se asume cuando CBs/tormentas son pronosticados
Downburst
Frente de Racha (Imagen de Radar)
Frente de Rachas (Outflow Boundary con Hurracan Hanna)
Tipos de LLWS • No Convectiva
– De origen meso/sinóptico • Frentes, Inversiones, Jet de capas bajas, Terreno • Frentes de propagación lenta
– De mayor duración que la convectiva, puede durar horas
• No tan difícil de pronosticar como la convectiva – Uno de los elementos mas difíciles de
pronosticar
LLWS
LLWS solamente se considera debajo de los 2,000 pies AGL. Esto es debajo de los 900/925 hPa en terreno plano.
LLWS
LLWS solamente se considera debajo de los 2,000 pies AGL. Esto es debajo de los 900/925 hPa en terreno plano.
LLWS
LLWS solamente se considera debajo de los 2,000 pies AGL. Esto es debajo de los 900/925 hPa en terreno plano.
LLWS en el TAF
• Se puede incluir siguiendo grupo de nubosidad
• Formato: – WShhh/dddssKT
• hhh el tope de la capa (bajo 2,000 pies AGL • ddd la direccion del viento en el tope de la capa • ss la intensidad del viento
SACO 071730Z 0718/0818 03015KT 9999 BKN050 BCMG 0723/0800 04020 9999 SCT050 BCMG 0805/0806 27015 9000 SCT050 WS020/01045KT BCMG 0809/0810 23005 9999 SKC=
Efectos Locales
• En general, influencia del terreno – Montañas – Pasos/valles entre Montañas
• Conocimiento del terreno y la climatología local son esenciales
Evaluación y Pronósticos
Impacto Cortante Horizontal y
Vertical
Valores Críticos de Cortante de Viento
• Cortante Horizontal – Moderada 25-49Kt/150Km (1.67-3.27x10-4 Kt/m) – Severa 50-89Kt/150Km (3.33-5.93x10-4 Kt/m) – Extrema > 90Kt/150Km (> 6.00x10-4 Kt/m)
• PCGRIDDS32/Wingridds
– MGRD WSPK GRTN 17-5 – MGRD WSPK GRTN 33-5
Ejemplo Gradiente Horizontal
MGRD WSPK 250 F12
Turbulencia con un Jet
Evaluación Gradiente de Isotacas
Gradiente mas apretado del lado polar/frio
Gradiente Horizontal de Isotacas: 400 hPa
Turbulencia Mod.
Gradiente Horizontal de Isotacas: 300 hPa
Turbulencia Severa.
Gradiente Horizontal de Isotacas: 250 hPa
Turbulencia Severa.
Corte Vertical: Gradiente de Isotacas
Turbulencia Moderada
Turbulencia Severa
Valores Críticos de Cortante Vertical de Viento • Cortante Vertical
– Ligera 3-5Kt/300m (0.01-0.016 Kt/m) – Moderada 6-9Kt/300m (0.02-0.03 Kt/m) – Severa 10-15Kt/300m (0.033-0.05 Kt/m) – Extrema > 15Kt/300m (> 0.05 Kt/m)
• PCGRIDDS32/Wingridds – SDVD SDIF WSPK ???? WSPK !!!! SDIF HGHT ????
HGHT !!!! • Donde ???? y !!!! son dos niveles diferentes
– SDVD WSPK LDIF HGHT LDIF • Tiene que ser precedido por el mando SLYR ???? !!!! • Donde ???? y !!!! son dos niveles diferentes
Ejemplo Cortante Vertical
SDVD SDIF WSPK 400 WSPK 500 SDIF HGHT 400 HGHT 500
Corriente en Chorro
Cortante en la Vertical
Zona de Cortante Vertical
Cortante Vertical: 300-250 hPa
Turbulencia Mod.
Turbulencia Severa
Cortante Vertical: 400-300 hPa
Turbulencia Mod.
Cortante Vertical: 500-400 hPa
Turbulencia Mod.
Otros Indicadores
Numero de Richardson • La ecuación de Richardson, para
diagnosticar turbulencia, toma en consideración la estabilidad de la columna y la cortante en la vertical.
• Donde “g” es la gravedad, β representa la estabilidad vertical (dado por ∂θ/∂z, donde θ es la temperatura potencia) y ∂u/∂z es la cortante vertical del viento total.
Numero de Richardson (INRI.)
• Valores Típicos: – Ri < 0.25 Estudios estadísticos sugieren que este
es el valor mínimo, pero estudios sugieren que puede aproximarse a 1 antes de que el flujo se vuelva laminar/estable.
– Como se tratan números pequeños, típicamente se invierte el valor para general números enteros
• Inverso del Numero de Richardson – 6 a 9 Turbulencia Moderada – 9 o mas, Turbulencia Severa
Jet
INRI. Nivel de 400
INRI. Corte Transversal
Ligera a Moderada
Moderada A Severa
Índice de Ellrod (ELRD.) • Deformación por Cizalladura DSH = dv + du dx dy • Deformación por Estiramiento DST = du - dv dx dy • Deformación Total DEF = (DSH2 + DST2)1/2
• Convergencia CVG = -(du + dv) dx dy • Cizalladura en la Vertical VWS = ∆V ∆Z • Índice de Ellrod IE = VWS x (DEF + CVG)
Intensidad Valor Ligera-Mod 4 Moderada 8 Mod-Severa 12
Índice de Elrod
Moderada A Severa
Índice de Elrod
Moderada A Severa
¿Preguntas?
Prueba • ¿Por qué es tan difícil el verificar pronósticos de
turbulencia? • ¿Cuáles son los tipos de turbulencia? • ¿Qué implica la turbulencia en aire claro (CAT)? • ¿Qué nos indica la presencia de nube
rotor/lenticular? • ¿Qué intensidad de turbulencia es pronosticada
en las cartas de vuelo de tiempo significante?
¿En esta imagen, ven áreas de posible turbulencia?
¿En esta imagen, ven áreas de posible turbulencia?
¿En esta imagen, ven áreas de posible turbulencia?
Prueba • ¿De qué lado del jet es más probable que se
presente turbulencia, del lado frío o del lado cálido? ¿Por qué?
• ¿Por qué es necesario para los pilotos saber si hay riesgo de LLWS?
• ¿Qué función cumple la turbulencia en la atmosfera?
¿En esta imagen, ven áreas de posible turbulencia?
¿En estas imagenes, ven
áreas de posible turbulencia?
Identifique Áreas de LLWS
Prueba • ¿Qué impacto tiene el peso de la aeronave en la
turbulencia que se siente?
• ¿Qué impacto tiene el largo de las alas de la aeronave en la turbulencia que se siente?
• ¿Qué intensidad de turbulencia típicamente se espera en Cb maduros?
• ¿Qué intensidad de turbulencia típicamente se espera en tormentas severas?
Identifique Áreas de LLWS
Identifique periodo de mayor riesgo de LLWS